納米材料介紹分解.ppt

1、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 方 鵬 飛,材 料 科 學(xué),第五章 納米材料,5.1 納米和納米技術(shù) 納米（Nano meter）又稱毫微米，是一種長(zhǎng)度單位. 把1米分成10億份,每一份就是1納米（1nm=10-9m）。 1982年,一種奇特的顯微鏡(掃描隧道顯微鏡)發(fā)明后,便誕生了一門(mén)以0.1至100納米尺度空間為研究對(duì)象的前沿學(xué)科,也就是研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、特性的高新學(xué)科,它就是納米科技。,蛋白質(zhì)、DNA、RNA、病毒，都在1100nm的范圍 光合作用在“納米車(chē)間” 進(jìn)行 細(xì)胞中的一些結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機(jī)械”，細(xì)胞象一個(gè)“納米工廠” 蓮花荷葉出污泥而不染:“荷葉效應(yīng)” 納米結(jié)構(gòu)

2、是生命現(xiàn)象中基本的東西,納米技術(shù)的發(fā)展歷史 1959年，美國(guó)著名的物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼：“如果有朝一日人們能把百科全書(shū)存儲(chǔ)在一個(gè)針尖大小的空間內(nèi)并能夠移動(dòng)原子，那么這將給科學(xué)帶來(lái)什么！” 對(duì)納米科技的預(yù)言人們常說(shuō)的小尺寸大世界。 1990年7月，在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)了國(guó)際首屆納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議；,1996年，在中國(guó)召開(kāi)了第四屆納米科技學(xué)術(shù)會(huì)議。 首屆（1992年）納米材料會(huì)議在墨西哥召開(kāi)； 1994年在德國(guó)斯圖加特召開(kāi)了第二屆國(guó)際納米材料學(xué) 術(shù)會(huì)議； 1996年在美國(guó)夏威夷召開(kāi)第三屆國(guó)際會(huì)議； 1998年在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)了第四屆納米材料會(huì)議； 2000年在日本仙臺(tái)舉行第五屆國(guó)際納米材料

3、會(huì)議。,納米這項(xiàng)新技術(shù)的誕生,其用途之廣,涉及領(lǐng)域之多,前所未有。納米技術(shù)是一門(mén)嶄新的交叉學(xué)科,學(xué)科領(lǐng)域涵蓋納米物理學(xué)、納米電子學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、納米顯微學(xué)、納米計(jì)量學(xué)和納米制造等,有著十分寬廣的學(xué)科領(lǐng)域。二十一世紀(jì),納米技術(shù)將廣泛應(yīng)用于信息、醫(yī)學(xué)和新材料領(lǐng)域。,在未來(lái)的20至30年內(nèi),納米技術(shù)將在三個(gè)方面對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深刻影響: 一、 社會(huì)生產(chǎn)途徑； 二、人類生活方式； 三、人們思維模式。 所以,納米技術(shù)的出現(xiàn),標(biāo)志著人類社會(huì)在發(fā)展進(jìn)程中正邁向一個(gè)新的臺(tái)階。,5.1.1 納米電子學(xué) 電子器件的集成度已經(jīng)接近了它的理論極限。在納米尺度上，由于電子的波動(dòng)

4、性質(zhì)而呈現(xiàn)各種量子效應(yīng)，使得電子器件已無(wú)法按照通常的要求進(jìn)行工作。 納米電子器件中最有應(yīng)用前景的是量子元器件。這種利用量子效應(yīng)制作的器件不僅體積小，還具有高速、低耗和電路簡(jiǎn)化的特點(diǎn)。納米電子學(xué)中另一個(gè)有趣的研究熱點(diǎn)是所謂的單電子器件。開(kāi)發(fā)單電子晶體管, 只要控制一個(gè)電子的行動(dòng)即可完成特定功能,使功耗降低到原來(lái)的100010000分之一。,基于利用 STM 對(duì)分子、原子進(jìn)行搬遷的事實(shí)，人們產(chǎn)生了利用該技術(shù)制造分子存儲(chǔ)器甚至原子存儲(chǔ)器的夢(mèng)想。物體的表面有原子的位置為“1”，沒(méi)原子為“0”，這不就可以表示二進(jìn)制嗎？這不就是存儲(chǔ)器嗎？一個(gè)分子存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)的信息，相當(dāng)于100萬(wàn)張光盤(pán)的存儲(chǔ)量；而一張同

5、樣大小的原子存儲(chǔ)器的容量，將能夠存入人類有史以來(lái)的全部知識(shí)！,1998年IBM公司用原子排成的世界上最小的廣告-IBM,5.1.2 納米材料學(xué) 科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料的顆?？s小到只有幾納米到幾十納米時(shí)，由于顆粒表面相對(duì)活躍的原子數(shù)量與顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原子數(shù)量的比例大大增加，使得材料的性質(zhì)發(fā)生了意想不到的變化。,硅表面重構(gòu)的原子照片,納米陶瓷材料能夠彎曲180度就是一個(gè)典型的例子。由于陶瓷材料具有堅(jiān)硬、耐高溫等優(yōu)良特性，工業(yè)界一直認(rèn)為陶瓷是未來(lái)汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的理想材料。,具有未來(lái)超級(jí)纖維之稱的碳納米管是當(dāng)前材料研究領(lǐng)域中非常熱門(mén)的納米材料，它是一種由碳原子組成的、直徑只有幾個(gè)納米的極微細(xì)的纖維

6、管。碳納米管具有極其奇特的性質(zhì)：它的強(qiáng)度比鋼高100倍，但是重量只有鋼的六分之一；它的導(dǎo)電性十分怪異，,不同結(jié)構(gòu)碳納米管的導(dǎo)電性可能呈現(xiàn)良導(dǎo)體、半導(dǎo)體、甚至絕緣體。因此它也許能成為納米級(jí)印刷電路的材料。碳納米管可能做成納米開(kāi)關(guān)，或者做成極細(xì)的針頭用于給細(xì)胞“打針”等等。,碳納米管,太空升降機(jī) 由于碳納米管的強(qiáng)度高、重量輕，如果把它做成纜繩，即使纜繩的長(zhǎng)度是從同步軌道衛(wèi)星下垂到地面的距離，它也完全可以經(jīng)得住自身的重量。到那個(gè)時(shí)候，人類到太空旅行將是一件輕而易舉的事情。 納米壁掛電視 用納米有機(jī)發(fā)光材料制作的電視屏幕可以象一幅圖畫(huà)一樣卷起來(lái)帶走。納米有機(jī)發(fā)光材料的特點(diǎn)是材料既具有柔性，同時(shí)可以在電

7、場(chǎng)的作用下發(fā)出各種顏色的光。用碳納米管制成電子槍,可點(diǎn)亮新一代平面顯示屏。 納米固體燃料 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)納米銅和鋁一遇到空氣就會(huì)激烈燃燒，發(fā)生爆炸，可以作為未來(lái)的固體燃料使火箭具有更大的推動(dòng)力。 納米隱身飛機(jī) 在飛機(jī)外表面涂上納米超微粒材料,可以有效吸收雷達(dá)波,這就是隱身飛機(jī)。納米衛(wèi)星、微型飛船和原子精密度計(jì)算機(jī),都將一一成為現(xiàn)實(shí)。,5.1.3 納米機(jī)械學(xué) 車(chē)、鉗、刨、銑等機(jī)械加工過(guò)程必然要去掉一些下腳料，造成浪費(fèi)。而納米制造技術(shù)則是以相反的方向，直接由原子、分子來(lái)完整地構(gòu)造器件?？茖W(xué)家們已經(jīng)用原子、分子操縱技術(shù)、納米加工技術(shù)、分子自組裝技術(shù)等新科技制造了納米齒輪、納米電池、納米探針、分子泵、分子開(kāi)

8、關(guān)和分子馬達(dá)等。,分子自組裝,納米齒輪,納米機(jī)械產(chǎn)品 用極微小部件組裝一輛比米粒還小,能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車(chē)、微型車(chē)床,可望鉆進(jìn)核電站管道系統(tǒng)檢查裂縫;只有蜜蜂大小且能升空的直升機(jī);眼睛幾乎看不見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī);提供化工使用的火柴盒大小的反應(yīng)器。,納米機(jī)器人 機(jī)器人比血紅細(xì)胞還要小，可注入人體血管內(nèi),進(jìn)行全身健康檢查,疏通腦血管中的血栓,清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物,吞噬病毒,殺死癌細(xì)胞。 納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)和可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。,納米算盤(pán),5.1.4 納米生物學(xué) 生命過(guò)程是已知的物理、化學(xué)過(guò)程中最復(fù)雜的過(guò)程。納米生物學(xué)是從微觀的角度來(lái)觀察生命現(xiàn)象、并以對(duì)分子的操縱和改性為目標(biāo)的。 生物學(xué)家在納米生

9、物學(xué)領(lǐng)域提出了許多富有挑戰(zhàn)性的新觀念，如生物器件。它的特點(diǎn)是象遺傳基因分子那樣具有自我復(fù)制功能。這樣一來(lái)，可以利用納米加工技術(shù)，按照分子設(shè)計(jì)的方法合成、復(fù)制成各種用途的生命零件，利用生物零件可以組裝具有生物智能、運(yùn)算速度更快的生物計(jì)算機(jī)；具有特定功能的納米生物機(jī)器人；生物零件與無(wú)機(jī)材料或晶體材料結(jié)合可以制成具有生命功能的納米電路等。,納米人造細(xì)胞不僅具有比紅血球攜帶氧分子的能力高數(shù)百倍，而且本身裝有納米計(jì)算機(jī)、納米泵，可以根據(jù)需要將氧釋放，同時(shí)將二氧化碳帶走。 科學(xué)家一直在研究微生物的機(jī)械本領(lǐng)并試圖把它應(yīng)用到納米機(jī)械的設(shè)計(jì)中去。例如大腸桿菌等細(xì)菌的移動(dòng)靠的是一種稱為鞭毛馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。微生物的

10、鞭毛馬達(dá)雖然只有30至50納米，但它的效率卻極高。這種效率相當(dāng)于只需百分之一馬力就可以使體重60公斤的人像騎摩托車(chē)一樣飛速前進(jìn)。,由于納米機(jī)器人可以小到在人的血管中自由的游動(dòng)，對(duì)于象腦血栓、動(dòng)脈硬化等病灶，它們可以非常容易的予以清理，而不用再進(jìn)行危險(xiǎn)的開(kāi)顱、開(kāi)胸手術(shù)。納米仿生機(jī)器人可以為人體傳送藥物，進(jìn)行細(xì)胞修復(fù)等工作,納米機(jī)器人在疏通血管,銅表面原子的重構(gòu)： 4 8 個(gè)鐵原子構(gòu)成圍欄，內(nèi)部形成電子駐波。,5.2 國(guó)際納米技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢(shì),美國(guó)啟動(dòng)納米技術(shù)促進(jìn)計(jì)劃,克林頓說(shuō)：“我正在支持一項(xiàng)對(duì)美國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的納米技術(shù)，它是21世紀(jì)最重要、應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展的計(jì)劃”。,科學(xué)技術(shù)主席助理

11、（1984年4月）Neal Lane說(shuō)：“如果人們問(wèn)我哪個(gè)科學(xué)和工程領(lǐng)域最有可能在未來(lái)產(chǎn)生突破性成就，我認(rèn)為會(huì)是納米科學(xué)和工程?！?威廉姆斯說(shuō)：“納米技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響將超過(guò)計(jì)算機(jī)”,美國(guó)總統(tǒng)布什2003.12.3日簽署了21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案，批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開(kāi)始的4年中共投入約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。 2010年: 80萬(wàn)納米科技人才,GDP1萬(wàn)億美元,200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì) 能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料 本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一 制定了“國(guó)家納米技術(shù)倡議”(NNI): 納米材料 納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué) 納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué) 軍工: 隱

12、形飛機(jī)表面涂料、艦船表面納米涂料,日本和德國(guó)出臺(tái)了相應(yīng)的研究計(jì)劃,日本政府和國(guó)會(huì)作出決定：要向抓微電子那樣抓納米技術(shù)，把發(fā)展納米技術(shù)作為21世紀(jì)前20年立國(guó)之本。,德國(guó)：納米技術(shù)是21世紀(jì)高科技的制高點(diǎn)。 2000年布署了跨部門(mén)的六大中心,發(fā)展納米技術(shù).,1962年, 久保(Kubo): 久保理論 日本國(guó)會(huì): 21世紀(jì)前20年的立國(guó)之本 日本著名大企業(yè): 納米實(shí)用化技術(shù)的計(jì)劃 三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線 自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣,其他國(guó)家的納米科技發(fā)展概況,印度：要向抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣，快速發(fā)展納米技術(shù)。,韓國(guó)和瑞典：2001年對(duì)納米科技投入增長(zhǎng)最快的國(guó)家。,納米技術(shù)是新世紀(jì)的主

13、導(dǎo)技術(shù),什么是主導(dǎo)技術(shù)？,工業(yè)革命以來(lái)已經(jīng)歷了三次主導(dǎo)技術(shù)，引發(fā)了三次工業(yè)革命,科學(xué)革命,技術(shù)革命,產(chǎn)業(yè)革命,第一次產(chǎn)業(yè)革命(1734-1834）,主導(dǎo)技術(shù)：蒸汽機(jī) 動(dòng)力變革， 熱能、機(jī)械能 科學(xué)基礎(chǔ)：牛頓力學(xué)、熱力學(xué)、 能量轉(zhuǎn)化原理,第二次產(chǎn)業(yè)革命（1835-1914）, 科學(xué)基礎(chǔ)：電的發(fā)現(xiàn) 電磁理論 主導(dǎo)技術(shù)：電氣化技術(shù) (發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、電力傳輸、 無(wú)線電通訊),第三次產(chǎn)業(yè)革命（1945-2010？）, 科學(xué)基礎(chǔ)： X射線的發(fā)現(xiàn) 放射線的發(fā)現(xiàn) 半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) 主導(dǎo)技術(shù)： 微米技術(shù) 微電子技術(shù),三次產(chǎn)業(yè)革命的啟示:,1.每一次產(chǎn)業(yè)革命造就了一、二個(gè)先進(jìn)國(guó)家； 2.主導(dǎo)技術(shù)經(jīng)歷了孕育期生長(zhǎng)期、

14、高速發(fā)展期、穩(wěn)定期，主導(dǎo)技術(shù)周期約50-60年； 3.主導(dǎo)技術(shù)的穩(wěn)定期開(kāi)始蘊(yùn)釀下一個(gè)主導(dǎo)技術(shù)； 4.主導(dǎo)技術(shù)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)革命，先從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始，逐漸形成新的產(chǎn)業(yè)群。,為什么納米技術(shù)會(huì)引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命,科學(xué)基礎(chǔ),中間領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn),科學(xué)框架的建立,納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命,納米科學(xué)的內(nèi)涵,制高點(diǎn),基 礎(chǔ),基 礎(chǔ),納米技術(shù)新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù),納米技術(shù)是21世紀(jì)科技發(fā)展的制高點(diǎn), 是新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)。,20世紀(jì),高集成、高空間分辨率，存儲(chǔ)密度：1000GB,計(jì)算速度提高1001000倍、功率增加1000倍，能耗降低一百萬(wàn)倍，芯片尺寸降低1001000倍,21世紀(jì),DNA芯片,節(jié)省能源 利用資源 優(yōu)化環(huán)境

15、,新工業(yè)革命,納米技術(shù), 推動(dòng)GDP快速增長(zhǎng), 對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的影響力,中國(guó)占 多少份額,市場(chǎng)分析,投資情況,印度：加大投入發(fā)展納米產(chǎn)業(yè),1997年 2000年 2002年 美國(guó) 1.93 4.98 5.19 日本 1.98 4.2 5 德國(guó) 1.91 3.7 4.3,單位：億美元,名人預(yù)測(cè),5.3 納米材料的特性,納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。如果按維數(shù)，納米材料的基本單元可以分為三類： (1)零維，指在空間三維尺度均在納米尺度， 如納米尺度顆粒、原子團(tuán)簇等； (2)一維，指在空間有兩維處于納米尺度，如 納米絲、納米棒、納米管等； (3)二維，

16、指在三維空間中有一維在納米尺度，如超薄膜，多層膜;超晶格等。,實(shí)心的納米棒、納米線、量子線,因?yàn)檫@些單元往往具有量子性質(zhì)，所以對(duì)零維、一維和二維的基本單元分別又有量子點(diǎn)、量子線和量子阱之稱。 納米材料大部分都是用人工研究、制備的，屬于人工材料，但是自然界中早就存在納米微粒和納米固體。,1990年7月在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)了國(guó)際第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，正式把納米材料科學(xué)作為材料科學(xué)的一個(gè)新的分支公布于世。很快形成了世界性的“納米熱”。 大致可以劃分為3個(gè)階段： 第一階段(1990年以前)主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體(包括薄膜)，研究評(píng)估表征的方法。,第二階段

17、(1994年前)人們關(guān)注的熱點(diǎn)是設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料： 納米微粒與納米微粒復(fù)合(0-0復(fù)合)， 納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合(0-3復(fù)合)， 復(fù)合納米薄膜(0-2復(fù)合)。 第三階段(從1994年到現(xiàn)在)納米組裝研究。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系的研究。,朗訊公司和牛津大學(xué): 納米鑷子 碳納米管“秤”，稱量一個(gè)病毒的重量 稱量單個(gè)原子重量的“納米秤”,DNA開(kāi)關(guān),納米材料的特性 A . 特殊的光學(xué)性質(zhì) 當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長(zhǎng)的尺寸時(shí)，便失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀

18、白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。 金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個(gè)特性可以高效率地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。還可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。1991年春的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，美國(guó)F117A型隱身戰(zhàn)斗機(jī)外表所包覆的材料中就包含有多種納米超微顆粒，它們對(duì)不同波段的電磁波有強(qiáng)烈的吸收能力，以欺騙雷達(dá)，達(dá)到隱形目的，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)伊拉克重要軍事目標(biāo)的打擊。,B . 特殊的熱學(xué)性質(zhì) 固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著。 例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064，當(dāng)顆粒尺寸減小到10納米時(shí)

19、，則降低27，2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時(shí)元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。 金屬納米顆粒表面上的原子十分活潑?？捎眉{米顆粒的粉體作為火箭的固體燃料、催化劑。例如, 在火箭發(fā)射的固體燃料推進(jìn)劑中添加l重量比的超微鋁或鎳顆粒，每克燃料的燃燒熱可增加 l 倍。,C . 特殊的磁學(xué)性質(zhì) 人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物磁羅盤(pán)，生活在水中的趨磁細(xì)菌

20、依靠它游向營(yíng)養(yǎng)豐富的水底。通過(guò)電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細(xì)菌體內(nèi)通常含有直徑約為 2*10-2微米的磁性氧化物顆粒。 當(dāng)顆粒尺寸減小到 2*10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1千倍，若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于 6*10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。 利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤(pán)及磁卡中。利用超順磁性，已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。,D . 特殊的力學(xué)性質(zhì) 由于納米材料粒度非常微小,具有良好的表面效應(yīng),1克納米材料的表面積達(dá)到幾百平方米。因此,用納米材料制成的產(chǎn)品其強(qiáng)度、柔韌度、延展性都十分優(yōu)越，就象一種

21、有千萬(wàn)對(duì)腳的毛毛蟲(chóng)，當(dāng)它吸附在光滑的玻璃面上時(shí)，由于接觸面積大，12級(jí)臺(tái)風(fēng)有也吹不掉它。 陶瓷材料在通常情況下呈脆性，陶瓷茶壺一摔就碎，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，竟然可以象彈簧一樣具有良好的韌性。 研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬35倍。至于金屬-陶瓷等復(fù)合納米材料，其應(yīng)用前景十分寬廣。,E . 特殊的電學(xué)性質(zhì) 由于顆粒內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)受到限制，電子能量被量子化了。結(jié)果表現(xiàn)為當(dāng)在金屬顆粒的兩端加上合適電壓時(shí)，金屬顆粒導(dǎo)電；而電壓不合適時(shí)金屬顆粒不導(dǎo)電。原來(lái)是導(dǎo)體的銅等金屬，在尺寸減少到幾個(gè)納米時(shí)就不導(dǎo)電

22、了；而絕緣的二氧化硅等，電阻會(huì)大大下降，失去絕緣特性，變得能導(dǎo)電了。 還有一種奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)金屬納米顆粒從外電路得到一個(gè)額外的電子時(shí)，金屬顆粒具有了負(fù)電性，它的庫(kù)侖力足以排斥下一個(gè)電子從外電路進(jìn)入金屬顆粒內(nèi)，從而切斷了電流的連續(xù)性。 這就使得人們想到是否可以發(fā)展用一個(gè)電子來(lái)控制的電子器件，即所謂的單電子器件。單電子器件的尺寸很小，把它們集成起來(lái)做成計(jì)算機(jī)芯片其容量和計(jì)算速度不知要提高多少倍。,納米材料的應(yīng)用,能源領(lǐng)域 石油、煤等不可再生資源 環(huán)保領(lǐng)域 解決水污染的問(wèn)題 解決空氣污染的問(wèn)題 微電子 納米電子器件、納米線、納米傳感器 信息領(lǐng)域 光纖、發(fā)光器件,納米材料的應(yīng)用,功能性涂料、薄膜 防靜

23、電涂料 特殊視覺(jué)涂料 紫外線吸收涂層 耐磨、防腐、耐高溫、耐沖刷涂層 機(jī)械 納米結(jié)構(gòu)單元和納米機(jī)械 結(jié)構(gòu)陶瓷 增強(qiáng)、增韌、助燒結(jié),納米材料的應(yīng)用,化學(xué)化工 催化劑、助催化劑、阻燃劑 鎳催化氧化丙醛，當(dāng)鎳的粒徑在5nm以下，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，生成酒精的轉(zhuǎn)化率迅速增大 塑料和橡膠 制品成型劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗老化劑 OA領(lǐng)域 復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的墨粉 噴墨打印機(jī)墨水、高級(jí)墨水,納米材料的應(yīng)用,納米藥物 磁性納米粒子藥物 衛(wèi)生保健品 防曬霜 紡織品 反射紅外線型化纖 殺菌滅菌除臭型化纖,納米材料的應(yīng)用,納米探測(cè)系統(tǒng) 納米材料提高武器打擊 納米材料提高防護(hù)能力 納米機(jī)械系統(tǒng)制造的小型機(jī)器人 雷達(dá)隱身技

24、術(shù) 美國(guó):“超黑粉”,對(duì)雷達(dá)波的吸收率達(dá)99 法國(guó):Co-Ni納米顆粒包覆絕緣層,納米領(lǐng)帶,衛(wèi)浴產(chǎn)品:耀眼的成果,荷葉效應(yīng),高強(qiáng)度汽車(chē)材料,高效環(huán)保阻燃材料,阻隔性材料,一、主流健康，發(fā)展勢(shì)頭良好,2001年,總投資： 1億元,注冊(cè)資金：60億元,1995,2000,0,60,120,180,240,300,360,1998,公司數(shù)量,年份,2001,四、對(duì)我國(guó)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的評(píng)價(jià),中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所的科技人員利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國(guó)地圖,1993年，中科院操縱原子寫(xiě)字,中科院物理所制備出大面積碳納米管陣列;合成了當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的纖維級(jí)碳納米管 中國(guó)科技大學(xué)

25、:氮化鎵粉體 清華大學(xué):氮化鎵納米棒 中國(guó)科技大學(xué):從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽(yù)為“稻草變黃金”,中科院化冶所 “七五攻關(guān)”: 納米碳化硅 “八五863”: 納米阻燃劑 中科院化學(xué)所 納米領(lǐng)帶 超雙疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 納米聚丙烯管材 高強(qiáng)度、抑菌功能,全國(guó)范圍 三百多家納米企業(yè) 以“納米”注冊(cè)的企業(yè)近百家 數(shù)十條納米材料生產(chǎn)線 資金約百億元,存在的問(wèn)題,1. 三個(gè)不夠 科學(xué)內(nèi)涵宣傳的不夠 全面宣傳納米科技領(lǐng)域不夠 創(chuàng)新難度宣傳的不夠 2. 對(duì)納米技術(shù)發(fā)展的階段認(rèn)識(shí)得不夠,21世紀(jì)，高科技產(chǎn)業(yè)如信息、生物技術(shù)、資源環(huán)境、新型能源、宇航、海洋和新材料等領(lǐng)域都面臨著新的挑戰(zhàn)，納米技術(shù)的切入，使這些高科技領(lǐng)域的發(fā)展出現(xiàn)新的機(jī)遇，蘊(yùn)藏著巨大的潛力。,機(jī)遇,信息產(chǎn)業(yè),單電子 器件,磁電子 器件,過(guò)濾器 截止器 諧振器 微電容 微電極,自旋電 子器件,共振隧 穿器件,光電子 器件,巨磁電 阻器件,量子點(diǎn)和分子電子器件,納米結(jié)構(gòu)